Gauche :Dessin d'un tissu biologique incurvé. Les hexagones représentent les contours fluorescents des cellules organisées en feuillet cellulaire. Le tissu peut être recouvert d'un second épithélium qui peut être ignoré par le processus d'imagerie. A droite :De quelques acquisitions (points verts), le microscope estime automatiquement la surface du tissu (maille rouge) et peut alors concentrer les acquisitions sur cette surface, voire uniquement sur les contours des cellules fluorescentes grâce à un algorithme d'acquisition propagative. Crédit :Faris Abouakil et al.
La biologie moderne repose sur notre capacité à observer des cellules vivantes à l'aide de microscopes. Les dernières avancées en microscopie optique permettent l'imagerie cellulaire et subcellulaire au sein d'organismes modèles tels que la mouche du vinaigre, poisson zèbre et souris.
L'une des limitations fondamentales des techniques actuelles est la toxicité associée à l'éclairage, ce qui compromet les processus biologiques étudiés. Jusque là, il n'y avait pas beaucoup de solution à ce problème sauf pour réduire le niveau de lumière, ce qui entraîne une perte de qualité d'image.
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et application , une équipe dirigée par les Drs. Loïc Le Goff et Frédéric Galland, tous deux de l'Institut Fresnel à Aix Marseille Université, La France, a développé un nouveau microscope intelligent qui calcule automatiquement où envoyer la lumière pour imager les structures d'intérêt dans l'échantillon de la manière la plus efficace en utilisant des stratégies d'apprentissage.
Le point de départ de ce projet a été le constat que la plupart des tissus biologiques ont une architecture bien caractérisée. En particulier, la plupart des embryons sont organisés en surfaces – des feuilles de cellules – incurvées dans l'espace. Les microscopes n'adaptent pas leur fonctionnement à cette architecture :ils scannent un laser focalisé dans tout l'espace 3D que contient l'embryon, ce qui est très inefficace tant en termes de vitesse que de quantité de lumière irradiant l'échantillon. Le microscope développé à l'Institut Fresnel adapte automatiquement son schéma de balayage à la morphologie des surfaces biologiques courbes, sans connaissance préalable de la surface. Sur les échantillons testés, notre microscope à balayage intelligent a réduit l'irradiation jusqu'à 100 fois par rapport à un microscope confocal conventionnel.
Cette technologie de rupture est le résultat d'une étroite collaboration entre data scientists, physiciens et biologistes à l'Institut Fresnel. La méthode ouvre une nouvelle voie pour imager sur de longues périodes le comportement d'objets très fragiles tels que les embryons et les organoïdes. De façon intéressante, la technologie pourrait être très simplement adaptée sur de nombreux microscopes commerciaux que l'on trouve dans les installations d'imagerie des instituts de biologie.
